Устройство для приготовления горячей воды и кофеварка, оснащенная таким устройством
Устройство для приготовления горячей воды, снабженное нагнетательным насосом с питающей трубкой для подачи относительно холодной воды в нагнетательный насос, и выпускным отверстием, соединенным с нагревательной трубкой, которая находится в теплообменном контакте с нагревательным телом. С нагревательной трубкой соединены выпускной клапан и держатель для кофе, в котором размещена порция кофе. Резервуар содержит нагревательный элемент и воду, действующую как теплообменная среда. Обводная трубка соединяет вход и выход нагнетательного насоса друг с другом, и в обводной трубке установлен гидроуправляемый клапан. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для приготовления горячей воды, снабженному нагнетательным насосом с подающей трубкой для подачи относительно холодной воды на нагнетательный насос, и выпускным отверстием, соединенным с нагревательной трубкой, которая находится в теплообменном контакте с нагревающим телом, при этом в нагревательной трубке имеется выпускной клапан, и держатель кофе, соединенный с нагревательной трубкой, для размещения слоя кофе, при этом нагревательное тело содержит резервуар, открыто соединенный с окружающей средой, и нагревательный элемент, и воду, в качестве теплообменной среды.
Такое устройство известно, например, в кофеварке типа "эспрессо", описанной в US-A-5,498,757. В таком устройстве экстракт кофе получают, пропуская не кипящую воду при температуре от 85°С до 105°С через слой молотого кофе при давлении приблизительно 10 бар, в результате чего необходимые вкусовые и ароматические вещества оказываются в воде. Таким способом получают от 25 до 130 мл экстракта кофе из приблизительно 15 г молотого кофе.
При приготовлении кофе используют специально сконструированное устройство, которое более или менее автоматически выполняет процедуру приготовления кофе. В большинстве таких устройств холодную воду насосом сжимают, чтобы пропустить через нагревательный элемент, в котором она нагревается до требуемой температуры. Нужное давление создают путем прессования молотого кофе в более или менее компактную массу, которая ограничивает поток воды сквозь нее, тем самым приводя к повышению давления.
Для того чтобы снизить давление после процесса приготовления кофе, поток воды направляют в открытое выпускное отверстие, после чего оставшуюся воду обычно направляют на слив. Сливание воды, остающейся в системе, также предотвращает вскипание этой оставшейся воды и образование пара в результате перегрева, или расширение оставшейся холодной воды, что в обоих случаях может привести к нежелательному росту давления, которое может повредить систему. Недостатком слива горячей воды, однако, является неэффективность известных систем в плане использования горячей воды. Кроме того, необходимо применять специальный дренаж, который подсоединяется либо к централизованной канализационной системе, либо к собирающему резервуару, который приходится регулярно опорожнять.
Тогда как известная нагревательная трубка находится в теплообменном контакте с водой в резервуаре, который открыт в атмосферу, например, когда нагревательная трубка проходит сквозь резервуар, температура воды не может подниматься выше точки кипения воды. Этим предотвращается нежелательное парообразование и подъем давления в нагревательной трубке.
При приготовлении кофе нагнетательный насос должен прогонять воду под давлением через нагревательную трубку к слою кофе. Нужная температура достигается путем подбора нужного размера нагревательной трубки. При закрывании раздаточного клапана давление в участке трубки, расположенном после раздаточного клапана, эквивалентно атмосферному давлению.
Недостатком известного устройства является то, что насос соединен с теплообменником через предохранительный клапан. Когда давление в трубке перед теплообменником повышается, этот предохранительный клапан сбрасывает воду из контура. Для сбора такой воды требуются отдельные устройства, что делает известное устройство относительно сложным. Кроме того, в случае избыточного давления возникают потери воды и, следовательно, ненужные потери энергии.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание несложного устройства для приготовления горячей воды. Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для приготовления горячей воды, в которое встроено предохранительное устройство, защищающее от избыточного давления и ограничивающего потери энергии. Другой целью является создание относительно компактного устройства.
Для этого устройство по настоящему изобретению отличается тем, что входное и выходное отверстие нагнетательного насоса соединяет обводная линия, в которую встроен гидроуправляемый клапан.
Используя обводную линию параллельно нагнетательному насосу, в случае сильного повышения давления, воду можно подавать на всасывающую сторону насоса, которая соединена с атмосферой через резервуар. Таким образом, при возникновении избыточного давления, нет необходимости удалять воду из устройства вовне его, поэтому нет необходимости в дополнительных устройствах для сбора или слива воды. В результате этого устройство может иметь относительно простую конструкцию. Кроме того, в случае чрезмерного повышения давления горячая вода будет перетекать на сторону низкого давления насоса и при следующем цикле нагнетания вернется насосом в теплообменник, сохраняя содержащуюся в ней теплоту. Таким образом, устройство по настоящему изобретению может иметь относительно энергосберегающую конструкцию. Поскольку нагревательная трубка не имеет дополнительных предохранительных клапанов между насосом и теплообменником, эта трубка может быть относительно короткой и насос можно размещать относительно близко к нагревательной трубке, тем самым получая компактную конструкцию.
В одном варианте устройства по настоящему изобретению резервуар соединен с подающей воду трубой и с раздающей горячую воду трубой для подачи горячей воды из резервуара. Горячая вода из резервуара в дополнение к теплообмену может использоваться для подготовки горячей воды, с помощью которой могут готовиться другие напитки, не являющиеся кофе, такие как чай, горячий шоколад, бульоны и т.п.
К трубе источника воды можно подключить второй насос, предназначенный для подачи воды в резервуар, и не включать нагнетательный насос, когда кофе не готовится. Второй насос может быть встроен в питающую трубку нагнетательного насоса, благодаря чему эта питающая трубка соединена с резервуаром через отводную трубку. В альтернативном варианте настоящего изобретения второй насос соединен с параллельной питающей трубой, которая открыта непосредственно в резервуар горячей воды.
Предпочтительно, питающая труба нагнетательного насоса содержит встроенный в нее расходомер, соединенный с регулирующим устройством для управления, по меньшей мере, одним насосом на основе объема, протекающего через расходомер за единицу времени. С помощью расходомера можно точно отмерять количество воды, подаваемой в резервуар, благодаря чему второй насос управляется регулирующим устройством на основе входного сигнала, поступающего от расходомера.
Как вариант, второй насос соединен через параллельную питающую трубку с резервуаром, и количество воды, подаваемой в резервуар, определяется временем работы и частотой вращения второго насоса.
Регулирующее устройство предпочтительно соединено с предназначенным для пользователя селекторным устройством для выпора раздаточного клапана или клапана в трубке подачи горячей воды.
Далее следует подробное описание варианта настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи. На чертежах:
Фиг 1 - схематически показано устройство по предшествующему уровню техники;
Фиг.2 - общая схема первого варианта устройства по настоящему изобретению;
Фиг.3 - общая схема варианта настоящего изобретения, в котором между резервуаром холодной воды и резервуаром теплой воды установлена дополнительная питающая трубка.
На фиг.1 показана кофеварка по предшествующему уровню техники, содержащая резервуар 10 холодной воды, в которую через кран 20 подают холодную воду, например, из водопровода. Датчик 18 уровня в резервуаре 10 соединен с регулятором 19, который управляет краном 20. Через насос 15 вода отбирается из резервуара и подается в нагревательное устройство 11, которое по существу заполнено водой, температура которой нагревательным элементом 17 поддерживается, например, на уровне 100оС. Нагревательным элементом управляет регулятор 21, который также управляет насосом 15 на основе данных измерений, приходящих от расходомера 22. Через нагревательную трубку 14 вода может течь в держатель 13, в котором находится слой 16 кофе в спрессованной форме. В случае повышения давления до приблизительно 10 бар, экстракт кофе может вытекать в чашку 18. Такое устройство раскрыто в NL 1023023 на имя заявителя по настоящей заявке.
Через клапан 8, который управляется регулятором 21, после приготовления кофе вода удаляется из трубки 14 в выпускную трубку 9 и, из нее, в сборный резервуар или в канализацию.
На фиг.2 показано устройство 30 по настоящему изобретению, с резервуаром 31 холодной воды, который через насос 32 соединен с питающей трубкой 33. Питающая трубка 33 открыта в нагнетательный насос 34, который на выпускной стороне 35 соединен с резервуаром 36 теплой воды. Нагревательная трубка проходит по резервуару 36 теплой воды по извилистой траектории, например, в форме спирали 37, и соединена через трубку 38 с выпускным клапаном 39. Через этот выпускной клапан 39 воду под давлением можно подавать в держатель 42 кофе, содержащий замкнутый и спрессованный слой 43 молотого кофе.
Через отводную трубку 45 насос 32 соединен с питающей трубкой 46 резервуара 36 теплой воды. Резервуар 36 содержит нагревательный элемент 40 и открыто сообщается с атмосферой. Теплая вода через питающую трубку 47 горячей воды может подаваться из резервуара 36 в раздаточную головку 48 для раздачи горячей воды потребителям.
Резервуар 31 холодной воды соединен с питающей трубкой 50, которая через клапан 51 подает воду в резервуар 31. Расходомер 52, соединенный с управляющим устройством 55, установлен в трубке 33.
Гидроуправляемый клапан 56 соединяет выпускную сторону 35 нагнетательного насоса 34 с впускной стороной 57'.
Также имеется регулирующее устройство 55, выход 59 которого соединен (на чертеже электрические соединения схематически показаны штриховыми линиями) со вторым насосом 32 и с нагнетательным насосом 34 для включения и выключения этих насосов. Выход 61 регулирующего устройства 55 соединен с нагревательным элементом 40, выход 64 соединен с раздаточной головкой 48. Вход 57 регулирующего устройства 55 также принимает данные измерений от расходомера 52, а на вход 58 поступает величина от селектора 60.
При приготовлении кофе пользователь с помощью селектора 60 направляет свой выбор в регулирующее устройство 55, которое переводит кофеварку 30 в нужный рабочий режим. Регулирующее устройство 55 (когда пользователь выбрал режим приготовления кофе) включает нагнетательный насос 34 и открывает раздаточный клапан 39. Нагревательный элемент 40, соединенный с датчиком температуры в резервуаре 36, работает так, чтобы вода в резервуаре 36 поддерживалась при постоянной температуре. Холодная вода, которая закачивается нагнетательным насосом 34 через спираль 37, нагревается до температуры приблизительно 97°С. Через открытый клапан 39 горячая вода пропускается через слой кофе под давлением приблизительно 10 бар.
После раздачи заранее определенного количества воды, которое точно определяется в регулирующем устройстве 55 на основе величин, приходящих от расходомера, раздаточный клапан 39 закрывается так, что давление в слое 43 кофе и в трубке между держателем 42 и раздаточным клапаном 39 может вернуться к атмосферному.
Для того чтобы ограничить давление в трубках 35, 38 и предотвратить повышение давления, например, в результате расширения холодной воды, нагреваемой в этих трубках, выходная сторона 35 нагнетательного насоса 34 соединена с входной стороной 57' этого насоса 34 шунтирующей линией 54 и подпружиненным клапаном 56.
При раздаче горячей воды через раздаточную головку 48, пользователь через селектор 60 подает команду на регулирующее устройство 55, нажимая кнопку или поворачивая переключатель. После этого регулирующее устройство 55 при закрытом клапане 39 включает второй насос 32, и холодная вода закачивается из трубки 46 в резервуар 36, а теплая вода предпочтительно при температуре 85°С-97°С транспортируется из резервуара 36 по трубке 47 к раздаточной головке 48.
В варианте по фиг.3 между резервуаром 31 холодной воды и резервуаром 36 теплой воды установлена параллельная питающая трубка 33'. Это дает преимущества в тех случаях, когда насос создает недостаточный поток на нагнетательный насос 34 или создает слишком большую турбулентность в расходомере 52, тем самым нарушая его работу. По параллельной трубке 33' вода подается в резервуар 36 теплой воды, тогда как расходомер измеряет только то количество воды, которое было подано на нагнетательный насос. Количество поданной в резервуар 36 теплой воды определяется по известной производительности насоса 32, умноженной на время работы насоса 32.
1. Устройство (30) для приготовления горячей воды, снабженное нагнетательным насосом (34) с питающей трубкой (33) для подачи относительно холодной воды в нагнетательный насос, и выпускным отверстием (35), соединенным с нагревательной трубкой (37, 38), находящейся в теплообменном контакте с нагревающим телом, при этом в нагревающей трубке (37, 38) установлен выпускной клапан (39), и к выпускной трубке (37, 38) присоединен держатель (42) для кофе для размещения порции кофе (43), при этом нагревательное тело содержит резервуар (36), открытый для окружающей среды и содержащий нагревательный элемент (40) и воду в резервуаре, действующую как теплообменная среда, причем устройство содержит резервуар (31) холодной воды, открытый для окружающей среды и соединенный с входом нагнетательного насоса (34), отличающееся тем, что вход (57') и выход (35) нагнетательного насоса (34) соединены друг с другом через обводную трубку (54), в которой установлен гидроуправляемый клапан (56), при этом в канале между резервуаром (31) холодной воды и нагнетательным насосом (34) установлен расходомер (52), и сигнальный выход расходомера соединен с регулирующим устройством (55) для управления нагнетательным насосом (34), причем вход нагнетательного насоса (34) открыто сообщается по текучей среде с резервуаром (31) холодной воды через расходомер (52).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резервуар (36) соединен с трубкой (46) подачи воды и с трубкой (47) подачи горячей воды для подачи горячей воды из резервуара.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что второй насос (32) соединен с трубкой (46) подачи воды.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что второй насос (32) встроен в питающую трубку (33) нагнетательного насоса (34), причем питающая трубка (35) соединена с резервуаром (36) через отводную трубку (45).
5. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в питающую трубку (33) нагнетательного насоса (34) встроен расходомер (52), соединенный с регулирующим устройством (55) для управления, по меньшей мере, одним насосом (32, 34) на основе расхода, измеренного расходомером.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выпускной клапан (39) содержит клапан с электрическим управлением, в котором электрически управляемое раздающее устройство (48) встроено в трубку (47) подачи горячей воды, при этом регулирующее устройство (55) соединено с электрически управляемым клапаном и с раздающим устройством (48) для управления ими, причем регулирующее устройство (55) также соединено с управляемым пользователем селектором (60) для выбора режима работы выпускного клапана (39) или раздающего устройства (48) в трубке (47) подачи горячей воды.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что параллельная питающая трубка (33') соединена одним концом со вторым насосом (33), а другим концом - с резервуаром (36).
8. Кофеварка, снабженная устройством (30) по любому из предшествующих пунктов.
